JP5197542B2 - 超電導限流システム - Google Patents

Description

本発明は、超電導限流器を複数備えた超電導限流システムに係り、特に、複数台の超電導限流器のうち、いずれかの１台が機能を喪失したとしても、通常通りの系統連係を継続することができるように改良を施した超電導限流システムに関するものである。

電力系統において供給信頼度を向上させるためには、放射状からループ状、さらにはメッシュ状構成とする方法が知られているが、一方で、短絡容量が増大するため、一旦、落雷等により三相短絡事故等が発生すると、既存の遮断器では遮断できない事故電流が流れ、事故点を系統から除去できずに、事故の影響が波及して大停電に至る恐れがある。

従って、現状の電力系統は短絡事故が発生しても遮断できるような系統構成で運用しているが、電源と需要地域の偏在化、電化による需要増加等から、需給状態によっては供給信頼度が低下することが懸念される。系統信頼度を向上させるために系統を連係する部分に適用し、過大な事故電流を抑える手段の一つに超電導限流器がある。

超電導限流器は、超電導状態で電気抵抗が零となり、臨界電流以上の電流が流れると常電導状態に遷移（クエンチ）して抵抗を発生するという超電導コイルの性質を利用した装置である。この超電導限流器は重要な基幹系統に適用される場合が考えられるため、高い信頼性が求められる。

このような超電導限流器を備えた超電導限流システムの信頼性の向上を目的として、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、送電線の高速再閉路に対応可能とするために、送電線に直列に接続する第１の超電導限流器に、高速再閉路時に閉路されるスイッチを介して第２の超電導限流器が並列に接続された構成を特徴とする技術が示されている。

また、特許文献２には、遮断器の数を減らしてコスト低減を図るため、第１の超電導限流器に第１の開閉器を直列に接続し、第２の超電導限流器に第２の開閉器を直列に接続し、両者を並列に接続して、１つの遮断器で系統と連係する構成を特徴とする技術が示されている。

また、特許文献３には、遮断器開放後、所定時間内に再閉路が要求される環境で使用可能にするために、第１の超電導限流器に第１の補助スイッチを直列に接続し、第２の超電導限流器に第２の補助スイッチを直列に接続し、両者を並列に接続して、１つの遮断器で系統と連係する構成を特徴とする技術が示されている。

さらに、特許文献４には、限流動作時においても系統連係を遮断することがないように、第１の超電導限流器に第１のスイッチを直列に接続し、第２の超電導限流器に第２のスイッチを直列に接続し両者を並列に接続して、さらに並列に外部抵抗を接続した主回路で構成され、形状記憶合金から成るバネを利用して可動導体を駆動することにより、第１と第２のスイッチを交互に開閉することを特徴とする技術が示されている。

特開平５−２３６６４６号公報 特開２０００−２９４０６８号公報 特開２００７−１５７７００号公報 特許第４１５３９２０号

しかしながら、上述したような従来の超電導限流システムにおいては、構成される複数台の超電導限流器のうち、どの超電導限流器の機能が喪失したとしても系統連係を維持することができないという問題点があった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、複数台の超電導限流器のうち、いずれかの１台が機能を喪失したとしても、通常通りの系統連係を継続できる、信頼性の高い超電導限流システムを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、２つの電力系統を連係し、事故電流を限流する超電導限流システムにおいて、該超電導限流システムには１つあるいは複数の超電導限流装置が設置され、前記超電導限流装置は、第１の超電導限流器及びこれと並列に配置された第１の並列遮断器と、第２の超電導限流器及びこれと並列に配置された第２の並列遮断器とを直列に接続して構成され、前記第１及び第２の超電導限流器の端子引出し部の電圧値及び電流値を取り込み、両超電導限流器の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいて、前記第１、第２の並列遮断器の開閉動作を制御する制御装置を備え、前記第１及び第２の超電導限流器のそれぞれの両端に遮断器が設置され、前記制御装置によって、前記両超電導限流器の抵抗値に基づいて、前記超電導限流器の両端に設置された遮断器の開閉動作が制御されるように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する本発明によれば、端子引出部の電圧値、電流値を取り込み、両超電導限流器の抵抗値を算出する制御装置によって、第１及び第２の超電導限流器の健全性がこの抵抗値に基づいて判断され、健全でないと判断された場合に、第１、第２の並列遮断器への開閉指令が行われるように構成されているので、超電導限流装置に設置された複数台の超電導限流器のうち、いずれかの１台が機能を喪失したとしても、通常通りの系統連係を継続できる、信頼性の高い超電導限流システムを提供することができる。また、例えば、第１の超電導限流器で地絡事故等が発生した場合に、制御装置の指令により、第１の並列遮断器を“閉”状態とし、遮断器を“開”状態とすれば、系統から第１の超電導限流器を切離し、超電導限流システムは継続運転できることとなる。

以上のような本発明によれば、複数台の超電導限流器のうち、いずれかの１台が機能を喪失したとしても、通常通りの系統連係を継続できる、信頼性の高い超電導限流システムを提供することができる。

本発明に係る超電導限流システムの実施例１の構成を示す図であって、（Ａ）は系統図、（Ｂ）は超電導限流装置の構成を示す図である。 本発明に係る超電導限流システムの実施例２の構成を示す図である。 本発明に係る超電導限流システムの実施例３の構成を示す図である。

以下、本発明に係る超電導限流システムの実施例について、図面を参照して説明する。

（１−１）実施例１の構成
本実施例は、図１に示すように、上位系統から下位系統へ送電する２つの送電系統（系統Ａと系統Ｂ）において、系統Ａ側の上位母線３ａと系統Ｂ側の上位母線３ｂの間に、本発明に係る超電導限流システムを適用したものである。

すなわち、本実施例においては、図１（Ａ）に示すように、上位系統１ａと上位母線３ａと、これらを接続するバックインピーダンス２ａ、上位母線３ａと下位母線５ａを接続する送電線４ａ及び下位母線５ａに接続する下位系統６ａからなる電力系統Ａと、上位系統１ｂと上位母線３ｂと、これらを接続するバックインピーダンス２ｂ、上位母線３ｂと下位母線５ｂを接続する送電線４ｂ及び下位母線５ｂに接続する下位系統６ｂからなる電力系統Ｂと、前記上位母線３ａと上位母線３ｂを連係する超電導限流システム８から構成されている。

また、前記超電導限流システム８は、図１（Ｂ）に示すように、１つ若しくは複数の超電導限流装置９を有し、この超電導限流装置９は、第１の超電導限流器１１ａとこれと並列に配置された第１の並列遮断器１０ａと、第２の超電導限流器１１ｂとこれと並列に配置された第２の並列遮断器１０ｂを、直列に接続した構成となっている。なお、前記超電導限流器１１ａ、１１ｂは、それぞれ単独でも事故電流を抑えられる性能を有している。

また、超電導限流器端子引出し部１２ａ、１２ｂ、１２ｃの電圧値及び電流値が、超電導限流装置制御装置（以下、制御装置という）１４に取り込まれ、この制御装置１４によって超電導限流器１１ａ、１１ｂの抵抗値が算出されるように構成され、この抵抗値に基づいて、前記第１、第２の並列遮断器１０ａ、１０ｂの開閉動作が制御されるように構成されている。

（１−２）実施例１の作用・効果
上記のような構成を有する本実施例は以下のように作用する。
定常時の超電導限流システム８の運用では、電力系統Ａの上位母線３ａと電力系統Ｂの上位母線３ｂを連係するために、超電導限流システム８の構成要素である１つあるいは複数の超電導限流装置９は超電導状態で運用される。すなわち、定常時においては、両並列遮断器１０ａ、１０ｂがともに“開”状態で、第１、第２の超電導限流器１１ａ、１１ｂの両方に電流を流す構成とされている。この状態では、第１、第２の超電導限流器１１ａ、１１ｂがともに超電導状態であるので抵抗が発生しておらず、下位系統６ａと下位系統６ｂの需要状況に応じて、ほとんど電力損失なしで上位母線３ａと上位母線３ｂの間で電力を融通することができる。

この状態において、例えば、上位母線３ａの事故点７で三相短絡事故が発生した場合、事故電流が流れ、上位母線３ａの電圧がほぼ零の状態まで低下する。この事故電流は、電力系統Ａと電力系統Ｂがそれぞれ、バックインピーダンス２ａとバックインピーダンス２ｂの大きさによって分担する形となるが、バックインピーダンス２ａ、２ｂがともに小さい値であると事故電流は過大な値となり、超電導限流器１１ａ、１１ｂの臨界電流を超えてしまうため、超電導限流器１１ａ、１１ｂは超電導状態から常電導状態に転移して抵抗が発生する。抵抗が発生すると、事故点７から電力系統Ｂまでの回路インピーダンスが増えることになり、事故電流が小さく抑えられる。

なお、両超電導限流器１１ａ、１１ｂはそれぞれ単独でも事故電流を抑えられる性能を有しているため、事故が除去された後に、例えば第１の超電導限流器１１ａが故障し、事故除去後も超電導に復帰できなくなった場合、第１の並列遮断器１０ａを“閉”とすると、この第１の並列遮断器１０ａを介し、故障した第１の超電導限流器１１ａの両端を短絡することができるため、事故発生前と同じ状態での電力流通が可能となる。

また、この状態で再度事故が発生したとしても、前述したように、両超電導限流器１１ａ、１１ｂともに単独で事故電流を抑えられる性能を有しているので、第２の超電導限流器１１ｂが健全であれば、第２の超電導限流器１１ｂの機能により事故電流を小さく抑えることが可能となり、より信頼性の高い超電導限流システムを構築できる。

上述した第１、第２の超電導限流器１１ａ、１１ｂの健全性は、超電導限流装置端子引出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃの電圧値、電流値を取り込む制御装置１４によって判断される。すなわち、制御装置１４によって両超電導限流器１１ａ、１１ｂの抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいて第１、第２の超電導限流器１１ａ、１１ｂの健全性を判断し、健全でないと判断した場合に、第１、第２の並列遮断器１０ａ、１０ｂへの開閉指令が行われる。

このように、本実施例によれば、超電導限流装置に設置された複数台の超電導限流器のうち、いずれかの１台が機能を喪失したとしても、通常通りの系統連係を継続できる、信頼性の高い超電導限流システムを提供することができる。

本実施例は上記実施例１の変形例であって、図２に示したように、第１、第２の超電導限流器１１ａ、１１ｂのそれぞれの両端に、超電導限流器両端遮断器１５ａ〜１５ｄを設けたものである。そして、前記制御装置１４によって、両超電導限流器１１ａ、１１ｂの抵抗値に基づいて、前記第１、第２の並列遮断器１０ａ、１０ｂだけでなく、前記超電導限流器両端遮断器１５ａ〜１５ｄの開閉動作が制御されるように構成されている。

実施例１では、例えば、第１の超電導限流器１１ａの故障の場合は、対応できる故障は超電導復帰不可や断線の場合に限られたが、本構成では、第１の超電導限流器１１ａの地絡その他の故障にも対応することができる。すなわち、第１の超電導限流器１１ａで地絡事故等が発生した場合に、制御装置１４の指令により、第１の並列遮断器１０ａを“閉”状態とし、超電導限流器両端遮断器１５ａ、１５ｂを“開”状態とすれば、系統から第１の超電導限流器１１ａを切離し、超電導限流システムは継続運転できることとなる。

このように、本実施例によれば、実施例１と同様の作用・効果が得られるだけでなく、故障等が発生した超電導限流器を系統から切離すことができるので、さらに信頼性の高い超電導限流システムを提供することができる。

本実施例は上記実施例２の変形例であって、図３に示したように、第１、第２の超電導限流器１１ａ、１１ｂのそれぞれの両端に、避雷器１６ａ〜１６ｄを設けたものである。

本実施例によれば、避雷器１６ａ〜１６ｄによって、超電導限流器両端遮断器１５ａ〜１５ｄの開閉により超電導限流器１１ａ、１１ｂに侵入する可能性のあるサージ性の過電圧を抑制することができるので、超電導限流器１１ａ、１１ｂへの過度なストレスを抑えることができる。これにより、さらに信頼性の高い超電導限流システムを提供することができる。

１ａ、１ｂ…電力系統
２ａ、２ｂ…バックインピーダンス
３ａ、３ｂ…上位母線
４ａ、４ｂ…送電線
５ａ、５ｂ…下位母線
６ａ、６ｂ…下位系統
７…事故点
８…超電導限流システム
９…超電導限流装置
１０ａ、１０ｂ…並列遮断器
１１ａ、１１ｂ…超電導限流器
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…超電導限流器端子引出部
１４…超電導限流装置制御装置
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ…超電導限流器両端遮断器
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ…超電導限流器両端避雷器

Claims (2)

1. ２つの電力系統を連係し、事故電流を限流する超電導限流システムにおいて、
   該超電導限流システムには１つあるいは複数の超電導限流装置が設置され、
   前記超電導限流装置は、第１の超電導限流器及びこれと並列に配置された第１の並列遮断器と、第２の超電導限流器及びこれと並列に配置された第２の並列遮断器とを直列に接続して構成され、
   前記第１及び第２の超電導限流器の端子引出し部の電圧値及び電流値を取り込み、両超電導限流器の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいて、前記第１、第２の並列遮断器の開閉動作を制御する制御装置を備え、
   前記第１及び第２の超電導限流器のそれぞれの両端に遮断器が設置され、
   前記制御装置によって、前記両超電導限流器の抵抗値に基づいて、前記超電導限流器の両端に設置された遮断器の開閉動作が制御されるように構成されていることを特徴とする超電導限流システム。
2. 前記第１及び第２の超電導限流器のそれぞれの両端に避雷器が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導限流システム。

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